cairan dialisis
KELOMPOK KOMPETENSI H Modul Guru Pembelajar
4. Proses Ekstraksi Besi dan Tembaga
Besi dan tembaga merupakan logam transisi yang sangat banyak penggunaannya di industri. Keberadaannya di alam dalam bentuk senyawanya sehingga untuk memperoleh kedua logam tersebut diperlukan proses ekstraksi. Adapun proses ekstraksi besi adalah :
a. Proses ekstraksi besi
Besi diekstraksi dari bijih besi yang mengandung senyawa besi seperti hematite (Fe2O3), limonit (2Fe2O3.3H2O),magnetit (Fe3O4), dan siderite (FeCO3).
Proses ekstraksi dilakukan di dalam tungku disebut tanur tiup (blast furnace) dengan metode reduksi. Tahapannya adalah :
- Bijih besi, batu kapur (CaCO3), dan kokas (C) dimasukkan dari bagian atas
tanur
- Kemudian, udara panas ditiupkan ke bagian bawah tungku agar C bereaksi dengan O2 membentuk CO2.
C (s) + O2(g) CO2(g)
- Gas CO2 yang terbentuk selanjutnya akan bergerak ke atas dan bereaksi
lebih lanjut dengan C untuk membentuk CO. Reaksinya bersifat endotermik. CO2(g) + C(s) 2 CO (g)
- Gas CO yang dihasilkan bergerak naik dan mulai mereduksi senyawa- senyawa besi pada bijih besi
PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: UNSUR TRANSISI PERIODE 4
56
3Fe2O3(s) + CO (g) 2 Fe3O4 + CO2 (g)
Fe3O4(s) + CO (g) 3FeO + CO2 (g)
FeO(s) + CO (g) Fe(s) + CO2 (g)
Reaksi keseluruhannya adalah :
Fe2O3(s) + 3CO (g) 2 Fe (l) + 3CO2 (g)
Fe yang terbentuk akan mengalir dan berkumpul dibawah. Karena suhu dibawah tinggi sekitar 2000oC, Fe akan berada dalam bentuk lelehannya. - Sementara itu CaCO3 dalam tanur akan terurai menjadi CaO.
CaCO3(s) CaO (s) + CO2 (g)
- CaO yang terbentuk akan bereaksi dengan pengotor yang bersifat asam yang ada dalam bijih besi, seperti pasir silika. Reaksi ini menghasilkan senyawa dengan titik didih rendah yang disebut terak (slag).
CaO (s) + SiO2 (g) CaSiO3(l)
- Lelehan terak kemudian akan mengalir ke bagian bawah tanur. Karena kerapatan lelehan terak yang lebih rendah dibandingkan lelehan besi, maka lelehan terak berada di atas lelehan besi sehingga keduanya dapat dikeluarkan secara terpisah.
-
Besi yang terbentuk di dalam tanur tiup masih mengandung pengotor dan bersifat cukup rapuh. Besi ini disebut juga besi gubal (pig iron). Besi gubal mengandung sekitar 3-4 %C, 2% Si, dan sejumlah pengotor lain seperti P dan S. Besi gubal dapat dicetak langsung menjadi besi tuang (cast iron) atau diproses lebihn lanjut menjadi baja.Gambar 2.5 Proses pembuatan besi
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: UNSUR TRANSISI PERIODE 4
KELOMPOK KOMPETENSI H Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Kimia SMA
57
- Pembuatan Baja
Konversi besi gubal menjadi baja melibatkan pemisahan karbon dan zat-zat pengotor lainnya. Proses ini umumnya dilakukan dalam tungku oksigen (basic oxygen furnace), Seperti ditunjukkan pada :
Gambar 2.6 Proses Pembuatan baja
(Sumber: Petrucci, General Chemistry)
Tahapan prosesnya adalah :
- Sekitar 70% lelehan besi gubal dari tanur tiup dan 30% besi/baja bekas dimasukkan ke dalam tungku bersama dengan batu kapur (CaCO3).
- Selanjutnya O2 murni dilewatkan melalui campuran lelehan logam. O2 akan
bereaksi dengan karbon (C) di dalam besi dan juga zat pengotor lainnya seperti P dan Si, dan membentuk senyawa-senyawa oksida. Senyawa- senyawa oksida ini kemudian direaksikan dengan CaO, yang berasal dari peruraian batu kapur (CaCO3), membentuk kerak seperti CaSiO3 dan
Ca3(PO4)2.
Si, P SiO2, P4O12 CaSiO3, Ca3(PO4)2
Kandungan C pada baja yang dihasilkan bervariasi dari ~0,2% sampai 1,5%.
b. Proses ekstraksi tembaga
Tembaga termasuk logam yang memiliki kereaktifan rendah. Cu ditemukan dalam bentuk unsurnya di alam, tetapi dalam jumlah yang sedikit. Oleh karena itu, Cu banyak diekstraksi dari senyawa sulfidanya dalam mineral kalkopirit (CuFeS2) dan kalkosit (Cu2S). Kalkopirit terdapat cukup banyak besi, sehingga
proses ekstraksi Cu menjadi agak kompleks karena harus memisahkan Cu dan Fe.
O2 O2
PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: UNSUR TRANSISI PERIODE 4
58
Gambar 2.7 Diagram proses ekstraksi tembaga Tahapan ekstraksinya adalah :
1) Pengolahan senyawa sulfida (CuFeS2, Cu2S) yang mengandung 0,3-0,7% Cu
untuk memperoleh partikel sulfida dengan kadar 25-35% Cu.
Bijih tembaga dengan kandungan 0,3-0,7% Cu digerus, kemudian dicampur dengan air dan zat kimia. Zat kimia akan menyebabkan partikel sulfide terpisah dari air (menjadi hidrofob). Udara ditiup ke dalam campuran ini untuk mengikat partikel sulfide dan menyebabkannya terapung. Partikel sulfida ini mengandung 25-35% Cu dan sisanya adalah Fe dan pengotor lainnya. Setelah itu partikel sulfide ini dikeringkan.
2) Peleburan untuk memperoleh Cu matte dengan kadar ` 70%
Bijih tembaga CuFeS2 dan Cu2S dipanggang untuk mengubah besi menjadi
FeO dengan persamaan reaksi:
CuFeS2 (s) + 4 O2(g) Cu2S(s) + 2 FeO(s) + 3SO2(g)
Kemudian bijih dilebur/dilelehkan dan diperoleh 2 lapisan terpisah. Lapisan atas berupa lelehan terak yang mengandung pengotor, sedangkan lapisan bawah mengandung `7% Cu dalam senyawa Cu2S, dan juga FeO serta zat
pengotor lainnya. Reaksi ini juga menghasilkan gas SO2 yang akan diproses
menjadi H2SO4.
3) Konversi Cu matte menjadi Cu lepuh dengan kadar `99% Cu
Lelehan Cu matte dimasukkan ke dalam konverter bersama dengan udara, batu kapur, dan silika. Suhu konverter yang tinggi akan mengakibatkan
Bijih tembaga diolah dulu agar kandungannya menjadi sekitar 25-35% Cu Tungku Peleburan Tungku pemisahan terak Tungku Konversi Pemurnian dengan pembakaran Pembuatan anode Cu Tembaga anode dengan
kandungan 99,4% Cu
masuk ke proses
elektrolisis untuk
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: UNSUR TRANSISI PERIODE 4
KELOMPOK KOMPETENSI H Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Kimia SMA
59
semua unsur teroksidasi, perkecualian adalah Cu. Lelehan Cu2S teroksidasi
membentuk tembaga lepuh.
Cu2S + 3O2 2 Cu2O + 2SO2
2Cu2O + Cu2S 6 Cu + 2SO2
Sedangkan FeO teroksidasi menjadi terak FeSiO3
FeO + SiO2 FeSiO3
4) Pemurnian Cu dengan pembakaran untuk menghilangkan sisa S dan O, guna memperoleh ~99,4%
Udara ditiupkan ke dalam lelehan tembaga lepuh untuk mengoksidasi sisa S agar kadarnya berkurang menjadi ~0,001%. Gas alam atau ammonia digunakan untuk mereduksi sisa O agar kadarnya mejadi 1500 – 3500 ppm. Proses ini menghasilkan tembaga dengan kemurnian ~99,4%.Tembaga ini selanjutnya dicetak menjadi bentuk anode untuk proses pemurnian akhir. 5) Pemurnian Cu dengan metode elektrolisis untuk memperoleh Cu dengan
kadar ~99,999%
Sel
elektrolisis untuk pemurnian Cu terdiri dari katode yang dilapisi Cu murni dan anode Cu kotor dari tahap (IV). Keduanya dicelupkan dalam larutan elektrolit CuSO4. Ion Cu2+ dalam larutan akan tereduksi dan mengendapsebagai Cu murni di katode. Sementara Cu kotor di anode akan teroksidasi menjadi Cu2+. Reaksi totalnya adalah sebagai berikut :
Katode : Cu2+ + 2e- Cu (murni)
Anode : Cu (kotor) Cu2+ + 2e-
Total reaksi : Cu (kotor) Cu (murni)